Керування пристроями силою думки — історія розвитку нейроінтерфейсів

Нейрокомп’ютерні інтерфейси дозволяють пов’язувати мозок із зовнішнім пристроєм. Основні дослідження у цьому напрямку почалися ще в 1970-х роках в Каліфорнійському університеті в Лос-Анджелесі на гроші гранту Національного наукового фонду, а потім за контрактом з Управлінням перспективних дослідницьких проектів Міністерства оборони США. Дослідження в основному спеціалізуються на нейропротезуванні для відновлення слуху, зору і руху.

Однак останнім часом технологією зацікавився й бізнес. Австралійська компанія Emotiv розробляє електронні пристрої для ЕЕГ (електроенцефалографія). NeuroSky представила гарнітуру, яка дозволяє впливати на дії героїв фільму за допомогою ритмів мозку. А компанія OpenWater розробляє технологію для зчитування думок.
Існує кілька методів вимірювання сигналів мозку. Їх поділяють на три типи:

  • Неінвазивні. Датчики поміщаються на голову для вимірювання електричних потенціалів, створюваних головним мозком (ЕЕГ) і магнітним полем (МЕГ).
  • Полу інвазивні. Електроди поміщаються на відкриту поверхню мозку.
  • Інвазивні. Мікроелектроди поміщаються безпосередньо в кору головного мозку, вимірюючи активність одного нейрона.

Короткий огляд історії розвитку нейроінтерфейсів

1875 рік

Англійський фізіолог і хірург Річард Катон (Richard Caton) виявив електричну активність в мозку кроликів і мавп. В цей же рік незалежно від Катона російський фізіолог В. Я. Данилевський вивчив електричну активність в мозку у собак.

1924 рік

Німецький фізіолог і психіатр Ганс Бергер (Hans Berger) за допомогою гальванометра зафіксував на папері криву електричних сигналів поверхні голови, що генеруються мозком.

1929 рік

Бергер опублікував результати досліджень і підтвердив здатність мозку створювати електричні сигнали.

1937 рік

Нейрохірург Уайлдер Пенфілд (Wilder Graves Penfield) прооперував велику кількість хворих на епілепсію, щоб знайти патологічні осередки збудження, що викликає напади. Узагальнивши результати досліджень, проведених в його клініці, він склав функціональну карту кори головного мозку.

1963 рік

Доктор Грей Уолтер (Grey Walter) описав перший нейроінтерфейс. Він під’єднав електроди безпосередньо до рухової частини кори мозку. Лікар запропонував пацієнту натискати кнопку для гортання слайдів, в цей час Уолтер фіксував відповідну активність мозку.

Потім він виявив, що активність мозку також показує бажання натиснути на кнопку. Так він відкрив хвилю очікування. Коли людина готова до дії та приймає рішення, в корі мозку можна зафіксувати слабкий сигнал.

Професор фізіології Єльського університету Хосе Дельгадо (Jose Manuel Rodriguez Delgado) використовував спеціальний електрод – стімосівер – для зупинки розлюченого бика. Він імплантував електрод в мозок тварини. За допомогою радіосигналу стімосівер впливав на емоції тварини, управляти якими могла людина за допомогою портативного передавача.

1967 рік

Англієць Едмонд Деван (Edmond Dewan) провів серію експериментів з електроенцефалографом. Люди, яких під’єднали до ЕЕГ, вчилися контролювати амплітуду мозкових альфа-хвиль. Розслабляючись і збуджуючись, мозок передавав комп’ютеру сигнали, які він перетворював в точку або тире, на зразок азбуки Морзе.

1970 рік

Управління перспективних дослідницьких проектів Міністерства оборони США ініціювало програму вивчення зв’язку мозку з використанням електроенцефалограми.

1972 рік

У продажу з’явився перший кохлеарний імплант, який перетворював звук в електричний сигнал. Пристрій дозволив глухим людям знову навчитися чути.

1973 рік

Жак Відаль (Jacques Vidal) вперше використав термін «нейрокомп’ютерний інтерфейс». І сформулював два ключових питання: чи можна здійснити передачу інформації в мозок при зв’язку людини з комп’ютером і чи можна використовувати дані про електричну активність мозку для управління різними механізмами.

1978 рік

Почалася розробка системи штучного зору, яка частково забезпечила передачу в мозок зорової інформації. Пристрій складався з камери, закріпленої на окулярах, блоку обробки даних і пов’язаних електродів, імплантованих в ділянку кори головного мозку, що відповідає за зір. Одним з перших розробників імпланта був Вільям Добелл (Bill Dobelle).

1990 рік

Пройшов перший успішний експеримент з мавпами, яким імплантували в мозок електроди.

1998 рік

Дослідник Філіп Кеннеді (Philip Kennedy) став першим неврологом, який імплантував електроди в мозок паралізованого пацієнта. Через кілька місяців людина навчилася рухати курсор по екрану комп’ютера і набирати текст.

Лоуренс Фарвел (Lawrence A. Farwell) і Еммануель Дончин (Emmanuel Donchin) розробили віртуальну клавіатуру, за допомогою якої люди подумки вибирали потрібну букву на перетині символьних рядків і рядів.

1999 рік

Ян Ден (John Dean) разом з командою з Університету Каліфорнії розшифрував сигнали зорової кори головного мозку у кішок і відтворив зображення, які сприймаються мозком.

2002 рік

Нейрохірург Джон Доног (John Donohue) навчив мавп грати в комп’ютерну гру, де одним круглим м’ячем потрібно було зловити інший. Тваринам вживили систему електродів, які вимірювали активність областей, що відповідають за роботу рук.

В ході експерименту тварини спочатку користувалися джойстиками, а потім їх відключили. Однак тварини не знали про відключення і продовжували грати. М’яч рухався без затримок, використовуючи мозкові сигнали.

2005 рік

Професор Джон Дохань (Jon Donahue) імплантував повністю паралізованій людині чіп BrainGate американської компанії Cyberkinetics. Після операції пацієнт навчився рухати курсор по екрану комп’ютера, через кілька років – включати і вимикати телевізор, підключений до комп’ютера і керувати роботизованою рукою.

2013 рік

Дослідники університету Брауна створили перший бездротовий імплантований нейроинтерфейс. Пристрій працював від безконтактно заряджуваного джерела живлення.

У Швейцарії запустили міжнародний проект Human Brain Project, до якого приєдналися 500 вчених. Завдання ініціативи – протягом десяти років скласти першу у світі модель людського мозку за допомогою комп’ютерів.

В цьому ж році стартував американський проект Brain Research through Advancing Innovative Neurotechnologies, розрахований на картування процесів, що відбуваються в людському мозку.

2016 рік

Американські вчені з Університету Джонса Хопкінса створили нейроінтерфейс, який допомагає керувати окремими пальцями біомеханічного протеза.

2017 рік

Вчені австрійського Університету Граца розробили програму для написання музики за допомогою сили думки. Система Brain Composer являє собою вдягнений на голову пристрій з електродами, які вимірюють мозкові хвилі. Розробка розрахована на музично обдарованих людей з обмеженими можливостями.

Ілон Маск (Elon Musk) очолив розробника нейроінтерфейси Neuralink. Маск заявив, що випустить перший пристрій, який з’єднає мозок людини з комп’ютером через чотири роки. Підприємець розраховує, що пристрої допоможуть уникнути захоплення світу штучним інтелектом.

Facebook почав роботу над неінвазивним нейроінтерфейсом, який допоможе користувачам набирати текст без клавіатури. Компанія співпрацює з Каліфорнійським університетом у Сан-Франциско, Каліфорнійським університетом у Берклі, Університетом і медичним центром Джонса Хопкінса, а також з Медичним коледжем Університету Вашингтона в Сент-Луїсі.

2018 рік

Компанія Nissan розробила інтерфейс «мозок-машина», щоб зчитувати думки під час водіння для зменшення часу реакції.

Каліфорнійські вчені Університету Уейк-Форест розробили кіберчіп, який на третину покращує пам’ять після підключення до мозку людини.

БІЛЬШЕ ЦІКАВОГО: